演化宇宙演化宇宙人人

(1)

演化宇宙演化宇宙

人人

物理系侯維恕

2/22/2010 202 10460

第 1 單元：序論與自我介紹 ; 「演化」

及「宇宙」之教材資訊

(2)

序論序論

Ex 搜尋 “達爾文 200” 及 “ 2009 全球天文年” (IYA2009) 之事由 , 並簡述之。

演化、宇宙、

演化、宇宙、人人

韓濤 (Prof. of Physics, Wisconsin): That’s Religious!

^2/2009

演化宇宙演化宇宙

人人 ^交叉點

(3)

年少輕狂年少輕狂

• 10 10 歲前歲前

你我的類似成長經歷你我的類似成長經歷

抓蟲、摸蝦、釣魚

(4)

侯維恕

(5)

年少輕狂年少輕狂

• 10 10 歲前歲前

• 11-12 11-12 歲歲科學啟蒙科學啟蒙 : : 「進化論」「進化論」 ^生物奧秘

抓蟲、摸蝦、釣魚

(6)

年少輕狂年少輕狂

• 10 10 歲前歲前

• 11-12 11-12 歲科學啟蒙歲科學啟蒙 : : 「進化論」「進化論」

• 12-13 12-13 歲走向天文歲走向天文 / / 物理物理 : : 「反物質與宇「反物質與宇宙論」宙論」

生物奧秘抓蟲、摸蝦、釣魚

Mass is a form of

energy!

(7)

Sun: 4M ton/sec  能量

E = m c ²

Ex 一克物質若全部轉換成能量，

可以煮乾多少已達沸點的水 ?

(8)

宇宙浩瀚質能鉅大宇宙浩瀚質能鉅大

~ 1/60 of Moon

本銀河系 : 直徑 ~ 10 萬光年

約 1000 億顆星

Ex 10 萬光年 , 若搭時速 1000 公里的噴射客機, 要多少個人生 (60年 ) 才能走完 ?

(9)

年少輕狂年少輕狂

• 10 10 歲前歲前

• ~12 ~12 歲歲

• 12-13 12-13 歲歲

• 16 16 歲歲 - - ^科學 ^科學 ^— ^— ^物理 ^物理 ⁽ ⁽ ^生 ^生

物物 ) )

信仰信仰 — — 不可知論不可知論

生命

生命 — — ?? ??

關切生死的不可知論者

—— ( 生命 ) 意義的追尋

(10)

存在的奧秘存在

但，你能想像「不存在」 ( 例如死後) 嗎？

iank14

(11)

“ “ Two things fill the mind with ever-increasing awe Two things fill the mind with ever-increasing awe

— — the the starry heavens starry heavens above above me me, ,

and and the the moral law moral law within within me me.” .”

康德之墓 , Kaliningrad

Zwei Dinge erfüllen das Gemüt mit immer neuer und zunehmender Bewunderung und Ehrfurcht,

je öfter und anhaltender sich das Nachdenken damit beschäftigt:

der bestirnte Himmel über mirmir und das moralische Gesetz in mirmir.

— Immanuel Kant,

Kritik der praktischen Vernunft

* ... new and increasing admiration and awe, the more often and steadily we reflect upon them ...

「人類」「人類」

(12)

演化、宇宙、

演化、宇宙、人人

韓濤 (Prof. of Physics, Wisconsin): That’s Religious!

^2/2009

“The most beautiful experience we can have is the mysteri mysteri

ous.

It is the fundamental emotion that stands at the cradle of true art and true science. Whoever does not know it and can no longer wonder, no longer marvel, is as good as dead, and his eyes are dimmed. It was the experience of mystery

— even if mixed with fear — that engendered religion. A

knowledge of the existence of something we cannot penetrate, our perceptions of the profoundest reason and the most

radiant beauty, which only in their most primitive forms are accessible to our minds: it is this knowledge and this emotion that constitute true religiosity. In this sense, and only this

sense, I am a deeply religious man...

I am satisfied with the mystery of life ’s eternity eternity ^and

with a

knowledge, a sense, of the marvelous structure of existence existence — as well as the humble attempt to understand even a tiny portion of the Reason that manifests itself in nature.”

http://www.aip.org/history/einstein/essay.htm

Vernunft

好

好活

好

活！！

(13)

年少輕狂年少輕狂

• 10 10 歲前歲前

• ~12 ~12 歲歲「進化論」「進化論」

• 12-13 12-13 歲「反物質與宇宙論」歲「反物質與宇宙論」

Mass is a form of

energy!

(14)

反反物質的預測與發現物質

保羅迪拉克 (Paul Dirac) 在 • 1928 年將相對論與量子力學結合，預測了反反電子的存在電子

迪拉克方程式隱含 :

反反電子質量電子 = 電子質量反反電子電荷 = 電子  電子電荷 

簡易版簡易版説明説明 :

E E

²²

= = p p

²²

c c

²²

+ + m m

²²

c c

⁴⁴

存在 E > 0 & E < 0 E < 0 的解

註 : 反反電子電子即「正子正子」 e e

^^

Carl Anderson’s Plate

Wikipedia ，作者 : Carl D. Anderson

(15)

什麼是反反物質物質 ?

e ^ e ^ ^反 _{相互湮滅產生} ^反 ^電子 ^電子 ^{( 正子} ^正子 ⁾ _{ - 射} ^與電子

線 , 或純粹能量

E = mc ²



(16)

iank14

宇宙的演化

宇宙 Universe 起自

~ 140 億年前的大爆炸 “ Big Bang”

等量物質 - 只有物質 !? 反反物質物質

侯維恕

(17)

The Mystery of Existence

iank14

(18)

CP 破壞 & 宇宙物質壟斷 (& 你 ): 沙卡洛夫觀點

Ban g Us

14 Byr

• 重子數不守恆

• CP 破壞

• 偏離熱平衡

相互湮滅

(  宇宙背景輻宇宙背景輻射 )射

僅剩僅剩 10 10

^-9^-9

物質物質 ! !

等量物質 - 反反物質物質

(1967)

(CPV )

iank14

侯維恕

(19)

個人的研究 : 台大高能組

(20)

筑波山

KEKB 加速器

日本高能實驗室 ( KEK) B 介子工廠 Belle 實驗

CP 破壞研究

本圖片由日本高能實驗室(KEK) 同意課程：演化、宇宙、人，本資料庫亦無再授權他人使用之權利，您如需利用本圖片，請另行向權利人取得授權。

Flickr ，作者 : くーさん

(21)

侯維恕

(22)

歐洲高能實驗室大強子對撞機 (LHC)

(CERN ，位於日內瓦 ) CMS 實驗

探討質量之源

侏羅山

LHC 加速器

( 週長 27 公里 )

正在重新啓動

Davecrosby uk

(23)

尋找希格斯粒子 (Higgs particle) @ LHC

質量之源

侏羅山

LHC 加速器

( 週長 27 公里 )

探討

(24)

大強子對撞機 CMS 實驗

Total weight: 12500T Overall diameter: 15.0m Overall length: 21.5m

Wikipedia

(25)

台大高能組帶領台大拔尖

本圖片由侯維恕同意課程：演化、宇宙、人

，本資料庫亦無再授權他人使用之權利，您如需利用本圖片，請另行向權利人取得授權

。

(26)

回到課程

(27)

“There is grandeur in this view of life...

from so simple a beginning endless forms most beautiful and most wonderful have been, and are being, evolved. ”

Charles Darwin (Origins)

下週

(28)

一個細胞細胞如何是活的 ?

達爾文的第一個「演化樹」

吸引我的三大生物問題

從神經元到 “意識意識 ” ?

演化是如何運作的 ? 演化

Ethan Hein

(29)

( 每人 ) 自己上網下載

與美國之信仰與文化作對比

_[ _閲讀 _]

3 3 週教完週教完

The National Academies Press

演

化

の教

材

(30)

發現木星衛星

“perspicullum”

Galileo Galilei

(1610 年 1 月 )

Ex 伽利略首次藉望遠鏡發現木星有衛星 , 卻因而遭宗教法庭判軟禁 , 爲什麼 ?

Gingerich (2008)Nature 457, 28-29

(31)

Wilhelm Friedrich Herschel

Wilhelm Friedrich Herschel (1738-1822)

the 48-inch (1.2-meter)

發現 : • 天王星

• 數千 clusters

& nebulae

• Solar Motion

從業餘到專業

The Universe is Much Bigger than once thought !

(32)

iank14

宇宙的演化

宇宙 Universe 起自

~ 140 億年前的大爆炸 “ Big Bang”

等量物質 - 反反物質物質

➜ 只有物質 !?

侯維恕

(33)

Our Cosmic Habitat

Paperback, 224 pages

Princeton University Press (2003)

開場：創世可以有所不同嗎？

第一段：從大爆炸到生命層

1. 行星與恆星

2. 生命與自覺意識 3. 原子、星星、銀河 4. 銀河之上

5. 銀河系之前 6. 黑洞與時光機

第二段：起初與末了

1. 減速抑加速？

2. 很久以後：

3. 事情的起頭 ― 頭一毫秒

第三段：基要與臆測

1. 穹蒼與微觀世界

2. 多重宇宙與人本論證

自己組織起來去買已獲作者同意授課做中文翻譯爲

我們的穹蒼居所

好像交不

⋯ 完

Amazon.com 。本作品轉載自

http://www.amazon.com /Our-Cosmic-Hab itat-ebook /dp/B005KLQXXC

，瀏覽日期2012/07/10 。依據著作權法第 46

、 52 、 65 條合理使用。

(34)

結論：人在宇宙中的地位

演化宇宙演化宇宙

人人 ^交叉點

人人是是尊貴的尊貴的。。

好好活！善用你的一生，成爲文化人。

(35)

習題一

1. 搜尋 “達爾文 200” 及 “ 2009 全球天文年” (IYA2009) 之事由 , 並簡述之。

2. 一克物質若全部轉成能量 , 可以煮乾多少已達沸點的水 ?

3. 請翻譯第 12 頁白框裏 Einstein 的話。請簡述 (200 字內 ) 為何選本課程。

4. 10 萬光年 , 若搭時速 1000 公里的噴射客機 , 要多少個人生 (60 年 ) 才能走完 ? 5. 伽利略首次藉望遠鏡發現木星有衛星 , 卻因而遭宗教法庭判軟禁 , 什麼爲 ?

演化、宇宙、人 202 10460

3/08 交

(36)

版權聲明頁

(37)

作品作品授權條件授權條件作者作者 / / 來源來源

台大物理系侯維恕。攝於辦公室

Dantadd

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Albert_Ei nstein_1947a.jpg

2010.11.19 visited

European space agency

http://www.esa.int/esa-mmg/mmg.pl?

b=b&keyword=M31&single=y&start=1 NASA

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hubble_d eep_field.jpg

2010.11.19 visited iank14

http://www.flickr.com/photos/iank14/2091941730/

2010.11.19 visited

(38)

作品作品授權條件授權條件作者作者 / / 來源來源

康德墓碑

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kant's_to mbstone_Kaliningrad.jpeg

2010.11.19 visited

“The most beautiful…”

The world as I see it. Albert Einstein.

Forum and Century vol.84, pp. 193- 194, 1931.

Pieter Kuiper

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Dirac_4.jp g

2010.11.19 visited Pieter Kuiper

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Carl_Ande rson.jpg

2010.11.19 visited

Wikipedia ，作者 : Carl D. Anderson 。本作品轉載自

http://zh.wikipedia.org /wiki/File:Po sitronDiscovery.jpg

，瀏覽日期2012/07/10 。

(39)

作品作品授權條件授權條件作者作者 / / 來源來源

台大物理系侯維恕。2010.11

http://www.europarl.europa.eu/sides/getDo

c.do?pubRef=-//EP//TEXT+IM-PRESS+20070906 FCS10161+0+DOC+XML+V0//EN

Flickr，作者 : くーさん。本作品轉載自

http://www.flickr.com/photos/ezakicoo/3891399357 /sizes/l/

，瀏覽日期2012/07/10 。本作品採取創用CC

「姓名標示」2.0版授權釋出。

CERN

http://cdsweb.cern.ch/record/39026

(40)

作品作品授權條件授權條件作者作者 / / 來源來源

Davecrosby uk

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Y_Fenni_

Cheese_I.jpg 2010.11.19 visited

http://lhc.web.cern.ch/lhc/LHCUnder.pdf

Wikipedia 。本作品轉載自

http://zh.wikipedia.org /wiki/File:Co nstruction_of_LHC_at_CERN.jpg

，瀏覽日期2012/07/10 。

本圖片由台大校訓同意課程：演化、宇宙、人，

本資料庫亦無再授權他人使用之權利，您如需利用本圖片，請另行向權利人取得授權。

http://www.darwin200.org/

2010.11.19 visited

(41)

作品作品授權條件授權條件作者作者 / / 來源來源

ArtMechanic

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Charles_

Darwin_by_G._Richmond.jpg 2010.11.19 visited

Jappalang

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Darwin_a pe.jpg

2010.11.19 visited Trachemys

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Charles_

Darwin_01.jpg

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http://www.nature.com/nature/supplements/insight s/evolution/index.html

Mortadelo2005

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Celltypes.

svg

2010.11.19 visited

(42)

作品作品授權條件授權條件作者作者 / / 來源來源

Ethan Hein

http://www.flickr.com/photos/ethanhein/22609598 85/2010.11.19 visited

Jrockley

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Darwin_tr ee.png

2010.11.19 visited

Science, Evolution and Creationism. The National Academies Press, 2008

http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=1187 62010.11.19 visited

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Galileo_Ga lilei.jpeg

2010.11.19 visited

Gingerich (2008) Year of astronomy: Mankind's place in the Universe. Nature 457, 28-29

(43)

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Mattes

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Galileo.sc ript.arp.600pix.jpg.jpg

2010.11.19 visited EMStephens

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2010.11.19 visited ArtMechanic

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wilhelm_

Herschel.jpg

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http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Herschel_

40_foot.jpg

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Amazon.com 。本作品轉載自

http://www.amazon.com/Our-Cosmic-Habitat- ebook/dp/B005KLQXXC ，瀏覽日期 2012/07/10 。依據著作權法第46、 52 、 65 條合理使用。

演化 宇宙演化 宇宙人人

演化 宇宙 演化 宇宙

人 人

物理系 侯維恕

2/22/2010 202 10460

第 1 單元：序論與自我介紹 ; 「演化」

及「宇宙」之教材資訊

序論 序論

演化、宇宙、

演化、宇宙、 人 人

韓濤 (Prof. of Physics, Wisconsin): That’s Religious!

演化 宇宙 演化 宇宙

人 人 交叉點

年少輕狂 年少輕狂

• 10 10 歲前 歲前

你我的類似成長經歷 你我的類似成長經歷

抓蟲、摸蝦、釣魚

侯維恕

年少輕狂 年少輕狂

• 10 10 歲前 歲前

• 11-12 11-12 歲 歲 科學啟蒙 科學啟蒙 : : 「進化論」 「進化論」 生物奧秘

抓蟲、摸蝦、釣魚

年少輕狂 年少輕狂

• 10 10 歲前 歲前

• 11-12 11-12 歲 科學啟蒙 歲 科學啟蒙 : : 「進化論」 「進化論」

• 12-13 12-13 歲 走向天文 歲 走向天文 / / 物理 物理 : : 「反物質與宇 「反物質與宇 宙論」 宙論」

生物奧秘 抓蟲、摸蝦、釣魚

Mass is a form of

energy!

Sun: 4M ton/sec  能量

E = m c 2

宇宙浩瀚 質能鉅大 宇宙浩瀚 質能鉅大

~ 1/60 of Moon

本銀河系 : 直徑 ~ 10 萬光年

約 1000 億顆星

年少輕狂 年少輕狂

• 10 10 歲前 歲前

• ~12 ~12 歲 歲

• 12-13 12-13 歲 歲

• 16 16 歲 歲 - - 科學 科學 — — 物理 物理 ( ( 生 生

物 物 ) )

信仰 信仰 — — 不可知論 不可知論

生命

生命 — — ?? ??

關切生死的不可知論者

—— ( 生命 ) 意義的追尋

存在的奧秘 存在

“ “ Two things fill the mind with ever-increasing awe Two things fill the mind with ever-increasing awe

— — the the starry heavens starry heavens above above me me, ,

and and the the moral law moral law within within me me.” .”

康德之墓 , Kaliningrad

「人類」 「人類」

演化、宇宙、

演化、宇宙、 人 人

韓濤 (Prof. of Physics, Wisconsin): That’s Religious!

“The most beautiful experience we can have is the mysteri mysteri

ous.

It is the fundamental emotion that stands at the cradle of true art and true science. Whoever does not know it and can no longer wonder, no longer marvel, is as good as dead, and his eyes are dimmed. It was the experience of mystery

— even if mixed with fear — that engendered religion. A

knowledge of the existence of something we cannot penetrate, our perceptions of the profoundest reason and the most

radiant beauty, which only in their most primitive forms are accessible to our minds: it is this knowledge and this emotion that constitute true religiosity. In this sense, and only this

sense, I am a deeply religious man...

I am satisfied with the mystery of life ’s eternity eternity and

with a

knowledge, a sense, of the marvelous structure of existence existence — as well as the humble attempt to understand even a tiny portion of the Reason that manifests itself in nature.”

Vernunft

好

好

好 活

好

活 ！ ！

年少輕狂 年少輕狂

• 10 10 歲前 歲前

• ~12 ~12 歲 歲 「進化論」 「進化論」

• 12-13 12-13 歲 「反物質與宇宙論」 歲 「反物質與宇宙論」

Mass is a form of

energy!

反 反 物質的預測與發現 物質

保羅 迪拉克 (Paul Dirac) 在 • 1928 年將 相對論與量子力學 結合，預測了反 反 電子的存在 電子

迪拉克方程式隱含 :

演化宇宙演化宇宙人人

演化宇宙演化宇宙

人人

物理系侯維恕

序論序論

演化、宇宙、人人

演化宇宙演化宇宙

人人 ^交叉點

年少輕狂年少輕狂

• 10 10 歲前歲前

你我的類似成長經歷你我的類似成長經歷

年少輕狂年少輕狂

• 10 10 歲前歲前

• 11-12 11-12 歲歲科學啟蒙科學啟蒙 : : 「進化論」「進化論」 ^生物奧秘

年少輕狂年少輕狂

• 10 10 歲前歲前

• 11-12 11-12 歲科學啟蒙歲科學啟蒙 : : 「進化論」「進化論」

• 12-13 12-13 歲走向天文歲走向天文 / / 物理物理 : : 「反物質與宇「反物質與宇宙論」宙論」

生物奧秘抓蟲、摸蝦、釣魚

E = m c ²

宇宙浩瀚質能鉅大宇宙浩瀚質能鉅大

年少輕狂年少輕狂

• 10 10 歲前歲前

• ~12 ~12 歲歲

• 12-13 12-13 歲歲

• 16 16 歲歲 - - ^科學 ^科學 ^— ^— ^物理 ^物理 ⁽ ⁽ ^生 ^生

物物 ) )

信仰信仰 — — 不可知論不可知論

存在的奧秘存在

「人類」「人類」

演化、宇宙、人人

I am satisfied with the mystery of life ’s eternity eternity ^and

好活

活！！

年少輕狂年少輕狂

• 10 10 歲前歲前

• ~12 ~12 歲歲「進化論」「進化論」

• 12-13 12-13 歲「反物質與宇宙論」歲「反物質與宇宙論」

反反物質的預測與發現物質

保羅迪拉克 (Paul Dirac) 在 • 1928 年將相對論與量子力學結合，預測了反反電子的存在電子

反反電子質量電子 = 電子質量反反電子電荷 = 電子  電子電荷 

簡易版簡易版説明説明 :

註 : 反反電子電子即「正子正子」 e e

什麼是反反物質物質 ?

e ^ e ^ ^反 _{相互湮滅產生} ^反 ^電子 ^電子 ^{( 正子} ^正子 ⁾ _{ - 射} ^與電子

線 , 或純粹能量

E = mc ²

宇宙的演化

~ 140 億年前的大爆炸 “ Big Bang”

等量物質 - 只有物質 !? 反反物質物質

僅剩僅剩 10 10

物質物質 ! !

等量物質 - 反反物質物質

CP 破壞研究

歐洲高能實驗室大強子對撞機 (LHC)

探討質量之源

下週

一個細胞細胞如何是活的 ?

從神經元到 “意識意識 ” ?

演化是如何運作的 ? 演化

3 3 週教完週教完

の教